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稀土資源擁有不可替代的作用,可想而知稀土的分析與檢測同樣是非常重要。那么稀土的分析與檢測方法有哪些呢?
稀土分析方法
稀土分析的主要任務是稀土總量的測定、混合稀土中單一稀土元素含量的測定及鈰組稀土或釔組稀土量的測定。由于稀土元素的化學性質十分相似,因此稀土分析是無機分析中最困難和最復雜的課題之一。為了測量各種含量范圍、不同形態(tài)的稀土元素總量和各種單一稀土元素,幾乎采用了所有的分析手段。下面介紹稀土分析最常用的分析方法。
(一)化學分析法
稀土元素的化學分析法包括重量法和滴定法,主要用于稀土總量的測定。
1.重量法
重量法用于稀土含量大于5%的試樣的分析,是測定稀土總量的古老的、經典的分析方法。該法雖然流程長、操作繁瑣,但其準確度和精密度均優(yōu)于其它方法,因此國內外常量稀土總量的仲裁分析或標準分析方法均是采用重量法。
能用于稀土沉淀劑的有草酸、二苯基羥乙酸、肉桂酸、苦杏仁酸等,其中草酸鹽重量法因其具有準確度高、沉淀易于過濾等優(yōu)點而被廣泛采用。該法是將草酸鹽沉淀分離得到的沉淀灼燒成氧化物進行稱量。
2.滴定法
滴定分析法測定稀土主要是基于氧化還原反應和配位反應。對于稀土礦物原料分析、稀土冶金的流程控制和某些稀土材料分析,配位滴定法常用于測定稀土總量。氧化還原滴定法常用于測定鈰、銪等變價元素。單一稀土的滴定法的測定范圍和精密度與重量法相當,而操作步驟比重量法簡單,常用于組分較簡單的試樣中稀土總量的測定。對于混合稀土總量的測定來說,由于試樣的稀土配分不清楚或多變,給標準溶液的標定帶來困難,并由此而造成誤差。因此,混合稀土總量的滴定法主要用于生產過程的控制分析。稀土元素的氧化還原滴定法主要用于Ce4+、Eu2+的測定,由于其他稀土元素和其他不變價元素不干擾測定,因此該法具有較好的選擇性。
總鈰的氧化還原滴定法的一般程序是先將Ce3+氧化成Ce4+,然后用標準還原滴定劑滴定Ce4+。Ce3+的氧化常用的氧化劑有過硫酸銨、高氯酸、高錳酸鉀。滴定Ce4+常用的還原劑是Fe2+,最常用的指示劑是鄰菲羅啉和苯代鄰氨基苯甲酸或兩者的混合物。也有用硝基鄰菲羅啉和鄰菲羅啉與2,2,-聯(lián)吡啶混合指示劑。由于上述指示劑本身具有氧化還原性,因此應注意扣除指示劑的空白值。銪的氧化還原滴定一般是在鹽酸介質中用鋅汞齊將Eu3+還原成Eu2+,在二氧化碳或其他惰性氣氛中用Fe3+將Eu2+定量氧化成Eu3+,再用重鉻酸鉀滴定所產生的Fe2+;或用FeCl3直接滴定Eu2+。也有人用重鉻酸鉀定量將Eu2+氧化成Eu3+,再用亞鐵滴定剩余的重鉻酸鉀。在上述這些方法中,Eu3+的定量還原是影響結果的關鍵。此外,控制好鋅粒的大小及純度,掌握好溶液流經鋅柱的流速才能得到理想的結果。
稀土元素的配位滴定是用氨羧絡合劑為滴定劑,它與三價稀土離子形成一定組成的穩(wěn)定絡合物。稀土元素的EDTA絡合物較穩(wěn)定,其logK值在15-19之間,形成稀土絡合物的穩(wěn)定常數彼此相差不大,一般只能滴定稀土總量。
二甲酚橙、偶氮胂Ⅲ、偶氮胂Ⅰ、鉻黑T、紫脲酸銨、PAN、PAR、次甲基藍、溴鄰苯三酚和一些混合指示劑都可作為絡合滴定法測定稀土的指示劑。其中最常用的是二甲酚橙,滴定的適宜酸度是pH5-6。
(二)儀器分析
稀土元素的儀器分析方法主要有可見分光光度法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)、電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)、X射線熒光光譜法(XRF)。
各自的應用情況見下表:
分析方法 |
應用情況 |
方法優(yōu)點 |
方法缺點 |
可見分光光度法 |
主要用于稀土總量的測定,也可用于鈰組稀土和釔組稀土的測定及部分單一稀土的測定 |
設備簡單、操作方便、易于掌握 |
測定單一稀土的選擇性差;由于各單一稀土的靈敏度對某一種顯色劑來說是各不相同的,因此存在“統(tǒng)一標準”的難題 |
ICP-AES |
用于礦石中微量稀土的測定,混合稀土氧化物稀土配分的測定,高純稀土產品純度的測定 |
靈敏度高,基體效應低,容易建立分析方法,線性范圍寬,精密度和重現性好,可用于單一稀土的測定 |
譜線干擾嚴重,測定痕量稀土元素靈敏度不夠,不合適99.99%以上高純稀土產品純度的測定。設備昂貴,不利于普及。 |
ICP-MS |
用于礦石中稀土元素的測定,混合稀土中稀土配分的測定,稀土產品純度的測定 |
檢出限低,可用于單一稀土元素的測定,且單個稀土元素的靈敏度相當,方法的精密度和重現性好 |
存在質譜干擾,特別是高純稀土產品中基體對部分稀土雜質的質譜干擾,導致有些稀土元素不能直接測定,必須采取分離手段;不適合于高含量稀土元素的測定,設備昂貴,不利于普及。 |
XRF |
用于礦石中稀土元素的測定,混合稀土中稀土配分的測定,稀土產品純度的測定 |
譜線簡單、干擾少、適合高含量稀土的測定,是測定混合稀土中稀土稀土配分的最佳方法 |
基體效應嚴重,對樣品制備技術要求較高,檢出限較ICP-AES和ICP-MS高。設備昂貴,不利于普及。 |
儀器分析法在稀土元素測定中的應用
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